一起拒爆事故的调查分析.pdf

第3 0 卷第3 期 2 0 1 3 年9 月 爆破 B L A S T Ⅱ呵G V 0 1 ．3 0 N o ．3 S e p ．2 0 1 3 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 3 3 一起拒爆事故的调查分析 沈大文1 ，黄维进1 ，叶元寿2 1 ．泰玛士矿业 湖州 有限公司，湖州3 1 3 0 0 0 ；2 ．浙江恒荣建设工程有限公司，宁波3 1 5 8 0 0 摘要从矿山一起拒爆破事故的调查分析入手，按照一定的程序，逐一排除其他影响因素如操作问题、炸 药、雷管产品质量问题，找出真正的拒爆原因，即高压失敏。由于设计的缺陷，在同一孔内两段装药间隔过近 而采用不同延时起爆时，会导致先爆药段对后爆药段的动态高压作用，使炸药失去雷管感度而拒爆。最后， 针对在爆破设计和施工中如何预防高压失敏问题，提出一些应预关注的建议。 关键词拒爆；雷管感度炸药；起爆药感度炸药；乳化炸药；敏化剂； 高压失敏 中图分类号T D 2 3 5 ．4 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 3 0 3 0 1 5 2 0 4 I n v e s t i g a t i o na n dA n a l y s i sO faE x p l o s i o nM i s f i r eA c c i d e n t S H E ND a ．w e n l ，H U A N GW e i - j i n 9 1 ，Y EY u a n s h o u 2 1 ．T a r m a cA g g r e g a t e s H u z h o u L t d ，H u z h o u3 1 3 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．Z h e j i a n gH e n g r o n gc o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n gL t d ，N i n g b o31 5 8 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fb l a s t i n gm i s f i r ei naq u a r r y ，t h ed e s e n s i t i z a t i o nb y h i g h p r e s s u r e sw a sf o u n dt ob et h ek e yf a c t o rt oi n d u c et h em i s f i r et h r o u g ht h ee x c l u s i o na p p r o a c ho n eb yo n e ，s u c ha st h e b l a s t i n go p e r a t i o na n dt h eq u a l i t yo ft h ed e t o n a t o ra n de x p l o s i v e ．W h e nt h ed e c kc h a r g e sw e r et o oc l o s e l yl o c a t e d w i t h i nab l a s t h o l ea n df i r e dw i t hd i f f e r e n td e l a y s ，t h ee a r l i e rf i r e dc h a r g em a yd y n a m i c a l l yp r e s s u r i z ea n dd e s e n s i t i z e a n o t h e rd e c kc h a r g ea n dc a u s et h em i s f i r ea c c i d e n t ．I nt h ee n d ，s o m ea d v i c e sw e r ep u tf o r w a r dt op r e v e n tt h ep o s s i b i l i t yo fd e s e n s i t i z a t i o nb yh i g hp r e s s u r ei nt h eb l a s t i n gd e s i g na n do p e r a t i o n ． K e yw o r d s m i s f i r e ；d e t o n a t o rs e n s i t i v ee x p l o s i v e s ；p r i m e rs e n s i t i v ee x p l o s i v e s ；e m u l s i o ne x p l o s i v e s ；s e n s i t i z e r s ；d e s e n s i t i z a t i o nb y h i s hp r e s s u r e s ． 爆破中发生拒爆事故，通常的原因无非是炸药 问题或者雷管问题。但对一起矿山生产爆破中拒爆 事故的原因调查，却让人迷惑。 1 装药结构 该矿为了控制爆破振动，减少最大段装药量，爆 破设计采用孔内分段延时装药。所使用的炸药、雷 管都是澳瑞凯公司的产品，炮孔内主装药为乳化包 装炸药T e m p u s ，它不具备雷管感度，需要用另一种 收稿日期2 0 1 3 一0 4 一1 3 作者简介沈大文 1 9 6 7 一 ，男，浙江省湖州人，工程师、工学学士， 主要从事矿山安全技术研究， E m a i l 1 2 2 4 2 0 0 4 1 8 q q c o r n o 炸药的爆炸才能引爆，这个另一种炸药也是乳化包 装炸药，M a g n u m ，它具有雷管感度，与毫秒延时导爆 雷管一起加工成起爆药包，孔内上、下段各放一个起 爆药包，上段使用4 0 0m s 一1 2m 导爆雷管，下段使 用4 2 5m s 一1 8i n 导爆雷管，2 段药柱之间间隔采用 岩粉充填，长度约1 ．2i n ，装药结构如图1 所示。正 常情况下，毫秒延时导爆雷管被击发后，先引爆具有 雷管感度的起爆药M a g n u m ，再引爆具有起爆药感 度的主装药T e m p u s ；根据延时顺序，炮孔中分段装 药上段先爆，间隔2 5m s 后下段再爆。 2 拒爆原因初探 但是在一次爆破后的开挖中，发现了拒爆炸药， 万方数据 第3 0 卷第3 期 沈大文，黄维进，叶元寿一起拒爆事故的调查分析 1 5 3 如图2 所示。残留的药柱为炮孔下段装药 上段已 爆 ，由5 支T e m p u s 主装药包和1 支M a g n u m 起爆 药包组成，与设计的装药一致。其中有4 支T e m p u s 药包是完整的，1 支T e m p u s 破损，其上部与之接触 的M a g n u m 破损严重，原长2 9c m 的药包仅剩不足 一半。导爆线随着药柱暴露出来，雷管仍在破损的 起爆药包M a g n u m 中 如图3 。 图1 装药结构图 单位m F i g ．1C h a r g es t r u e l u r e u n i t m 图2 爆破后挖出拒爆炸药 F i g ．2 M i s f i r ee x p l o s i v e s 图3 拒爆起爆药中含雷管 F i g ．3 D e t o n a t o r ，i nt h em i s f i r ep r i m e r 进一步检查发现，雷管在起爆药中已爆，同时发 现雷管在起爆药中取出来时管体沾有深灰色炸药 M a g n u m 如图4 ，说明起爆药与雷管接触良好，不 存在殉爆问题。那么是什么原因导致这起拒爆事故 呢 至此能得出2 个直观的推测一是，起爆药质量 问题，起爆药在雷管爆炸后不能正常起爆；二是，雷 管质量问题，雷管起爆能力不足，不能正常起爆具有 雷管感度的炸药。 图4 雷管已爆而炸药未爆 F i g ．4 D e t o n a t o rf t r e da n dp r i m e rm i s f r r e d 3 逐一排查可能的原因 该矿立即通报炸药、雷管的供应商澳瑞凯公司， 该公司立即派技术人员到现场来调查。按照相关程 序，他们与现场爆破人员进行详细调查分析，首先从 装药操作方面人手，跟班现场审计，如加工起爆药 包，插入雷管方向或方式不正确，导致雷管聚能穴处 于起爆药包外；由于起爆药包自重达2k g ，当药包在 孔内下放过程导致雷管移位；起爆药包放置孔底后， 后续装药自由落体砸在起爆药包上，导致起爆药包 变形破坏或雷管移位等。现场审计结果表明，该矿 爆破现场管理规范，控制到位；而从图4 可看出，已 爆雷管从起爆药中取出，雷管壳体沾有炸药，说明雷 管加工成起爆药包，在装药过程中直至发生拒爆被 挖出，都未发生移位，拒爆不是操作的原因造成。 排除了操作方面原因，下面重点调查炸药、雷管 质量问题。到炸药仓库检查炸药雷管的生产日期、 存储条件；炸药、雷管的外观检查；现场同批次抽样 爆炸试验，都没有发现问题；从雷管爆炸后的变形来 看，与正常雷管对比，如图5 和图6 ，两种雷管端头 因自身爆力而膨大，形态和程度相近，说明雷管的起 爆性能没有异常；最后矿方要求对拒爆的残药取样 检测，检测结果表明残药的密度可接受；用8 号雷管 测试，感度通过。实际上，该矿使用澳瑞凯产品多 年，从未因质量问题造成麻烦。 4 真正的原因 随着调查工作的进一步深入，答案渐渐明朗起 万方数据 爆破2 0 1 3 年9 月 来。调查人员注意到，拒爆残留的炸药和雷管都有 受压作用后严重变形的特征。如图7 ，浅白色的炸 药为主装药T e m p u s ，深灰色的炸药为起爆药M a g n u m ，它们被挖出来后，发现2 个破损药包压合在一 起，质地较软的M a g n u m 几乎被压缩了一半，2 种炸 药相互挤压浸染。再通过观察拒爆炸药中取出的已 爆雷管形态，雷管壳体产生明显凹陷变形，如图6 对比图5 中的未受压力影响正常起爆雷管管壳 。 这些都说明炸药、雷管在拒爆前都经过外部高压作 用过． 图5 正常已爆雷管形态 F i g ．5 N o r m a ls h a p eo ff i r e dd e t o n a t o r 图6 拒爆药中已爆雷管外形 F i g ．6S h a p eo fd e t o n a t o ri nm i s f i r ee x p l o s v e 图7 高压使两种炸药混染 F i g ．7H y b i r do fe x p l o s i v e si nh i i g hp r e s s u r e 理论研究表明，乳化炸药中含有敏化剂，用于提 高炸药起爆感度。敏化剂通常是由气体微泡或玻璃 微珠组成‘1 | 。当受高压作用时，这些气体微泡或微 珠承压破坏，导致炸药感度降低以致于不能被雷管 正常起爆。这就是炸药使用中的高压失敏现象。根 据压力性质和来源不同，高压失敏分静压失敏和动 压失敏2 种情形，前者指炸药被放在深孔中 5 0 m 或高水压的承压水中，受静压作用会影响 炸药爆轰甚至出现“压死现象”旧1 ；后者是受相邻先 爆装药孔或同一孑L 中不同延时分段的先爆装药段的 爆轰压力波瞬间动压作用，而对后爆装药段产生动 压失敏而影响炸药感度和爆轰。这种动压作用过程 包括3 个方面一，炸药爆炸后的强大压缩应力波传 播作用于后爆炸药；二，炸药爆炸后的高温高压气体 从贯通的裂隙压入后爆装药；三，爆破后炮孔孔壁变 形导致岩石或地下水挤压作用于后爆炸药口j 。 所以，这起拒爆事故，本质上是由于设计缺陷造 成，即炮孔中采用上下分段装药结构，由于2 段装药 的中间间隔充填长度或充填材料质量不足，导致上 段先爆炸药产生的爆轰压力穿透间隔充填，直接作 用于下段装药，引起后爆药段的起爆药M a g n u m 形 成动压失敏而失去雷管感度，这样起爆药拒爆进而 引起整个下段装药都拒爆。 值得注意的是，为什么动压失敏后的炸药能恢 复8 号雷管感度呢 这与起爆药M a g n u m 所含的敏 化剂为气体微泡有关，相对于玻璃微珠，它更容易从 瞬间的动压中恢复。 5 几点建议 当前，乳化炸药因其爆炸性能好，抗水性强，安 全性能高，环境污染小的优点，在爆破中的应用越来 越广。但是通过这起拒爆事故的调查分析，我们在 爆破设计中应充分注意乳化炸药爆轰特性，避免高 压失敏的不利影响，爆破设计和施工中应注意以下 几点 1 超深孔爆破 5 0m 或水深大于2 0m 或 高水压的承压水条件下使用炸药，不仅要考虑炸药 的防水，还要考虑其耐压，要慎重选择合适的炸药。 2 孔内分段延时装药设计，应注意2 段装药 的充填间隔长度，对于2 5 m s 的延时，其间隔长度应 不小于钻孔直径的2 0 ～3 0 倍，并注意间隔材料质 量，推荐使用5 ～1 5m m 的石子MJ 。 3 相邻孔爆破设计应注意地质构造情况，特 别要注意有无开放性裂隙贯通。 4 应注意因钻孔偏移而造成2 孔过分靠近甚 至于贯通；研究和经验表明，钻孔孔距在2 0 0 1 0 0 0m m ，先爆孔容易对后爆孔装药产生压力影响。 5 装药过程中使用包装炸药时，不应破坏原 万方数据 第3 0 卷第3 期沈大文，黄维进，叶元寿一起拒爆事故的调查分析 1 5 5 上接第1 0 7 页 3 ．3 建筑物倒塌过程示意图 3 种方案建筑物倒塌过程如图6 所示。建筑物 倒塌基于建筑物失稳原理，当A 柱和B 柱被爆破 后，建筑物开始失去承载力，建筑物整体失稳，形成 倾覆力矩，但是由于倾覆弯矩不大，建筑物重心开始 小幅度地偏离原来的位置；当C 柱被爆破后，倾覆 力距进一步增大，建筑物重心偏离原来位置的幅度 增大；当A 柱被爆破后，建筑物倒塌不受任何约束， 切口闭合后，在惯性力的作用下，与地面发生碰撞， 强大的冲击力使得建筑物解体破碎。 4 结论 通过对11 层框架结构建筑物的数值模拟分析， 并分别增大和减小切口高度，得出以下结论 1 采用共节点分离式模型建立有限元模型， 虽然做出了部分简化，但是数值模拟的结果和实际 工程误差较小，数值模拟作为爆破方案的辅助设计 是有一定科学依据的。 2 切口高度影响爆堆破碎程度和前冲距离。 在能够保证建筑物顺利倒塌的情况下，适当增大切 口高度有利于建筑物触地时的二次解体，提高爆堆 的破碎程度，但是建筑物前冲距离会增大。因此，在 实际工程中，应该综合考虑切口高度、破碎程度、前 冲距离等因素。 3 建筑物的倒塌是一个很大的冲击过程，本 文没有研究建筑物触地时对地面的震动，然而，这是 不可忽视的一个问题，希望各位爆破同仁能充分认 识到这个问题。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]言志信，刘培林，叶正辉．框架剪力墙结构的定向爆破 倒塌过程[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 1 1 ，3 i 6 6 4 7 - 6 5 2 ． [ 1 ] Y A NZ h i x i n ，L I UP e i l i n ，Y EZ h e n g h u i ．T h ed i r e c t i o n a l b l a s t i n gc o l l a p s ep r o c e s so ff r a m e - s h e a lw a l ls t r u c t u r e [ J ] ．E x p l o s i o na n d S h o c kW a v e s ，2 0 1 l ，3 1 6 6 4 7 6 5 2 ． i nC h i n e s e [ 2 ] 刘伟，刘立雷．框架结构楼房爆破拆除倒塌过程模 拟[ J ] ．工程爆破，2 0 0 8 ，1 4 1 1 2 - 1 5 ． [ 2 ] L I UW e i ，L I UL i - l e i ．C o l l a p s es i m u l a t i o no fb u i l d i n gi n f r a m es t r u c t u r ei nc o n t r o l l e db l a s t i n gd e m o l i t i o n [ J ] ．E n ． g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 8 ，1 4 1 1 2 1 5 ． i nC h i n e s e [ 3 ]杨国梁，杨军，姜琳琳．框．筒结构建筑物的折叠爆 破拆除[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 0 9 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